JP2658752B2 - エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エポキシ樹脂としてビ
フェニル型エポキシ樹脂を主成分として用いたエポキシ
樹脂組成物及びその硬化物で封止された半導体装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現在、
半導体産業の中では樹脂封止型のダイオード、トランジ
スター、ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩが主流となっており、
中でもエポキシ樹脂は、一般に他の熱硬化性樹脂に比べ
成形性、接着性、電気特性、機械特性、耐湿性等に優れ
ているため、エポキシ樹脂組成物で半導体装置を封止す
ることが多く行われているが、最近においてこれらの半
導体装置は集積度が益々大きくなり、これに応じてチッ
プ寸法も大きくなりつつある。一方、これに対しパッケ
ージ外形寸法は電子機器の小型化、軽量化の要求にとも
ない、小型化、薄型化が進んでいる。更に、半導体部品
を回路基板へ取り付ける方法も、基板上の部品の高密度
化や基板の薄型化のため、半導体部品の表面実装が幅広
く行われるようになってきた。

【０００３】しかしながら、半導体装置を表面実装する
場合、半導体装置全体を半田槽に浸漬するか又は半田が
溶融する高温ゾーンを通過させる方法が一般的である
が、その際の熱衝撃により封止樹脂層にクラックが発生
したり、リードフレームやチップと封止樹脂との界面に
剥離が生じてしまう。このようなクラックや剥離は、表
面実装時の熱衝撃以前に半導体装置の封止樹脂層が吸湿
していると更に顕著なものとなるが、実際の作業工程に
おいては、封止樹脂層の吸湿は避けられず、このため実
装後のエポキシ樹脂組成物で封止した半導体装置の信頼
性が大きく損なわれる場合がある。

【０００４】特に最近においては、エポキシ樹脂として
ビフェニル型エポキシ樹脂を用いることが注目されてい
るが、ビフェニル型エポキシ樹脂を用いたエポキシ樹脂
組成物における上記問題点の解決が要望されている。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、流動性が良好であり、成形性に優れていると共に、
内部ボイド等の発生が少なく、ガラス転移温度が高い上
に伸びが大きく、しかも接着性が良好でかつ低吸湿性の
硬化物を与える、ビフェニル型エポキシ樹脂を主成分と
したエポキシ樹脂組成物及びこのエポキシ樹脂組成物の
硬化物で封止された表面実装時の熱衝撃後においても高
い信頼性を有する半導体装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は上記
目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、無機質充填剤等を配合してなるエ
ポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂として、
（ａ）下記一般式（１）で示されるナフタレン環含有エ
ポキシ樹脂と（ｂ）下記一般式（２）で示されるビフェ
ニル型エポキシ樹脂とを重量比で（ａ）／（ｂ）＝０．
１〜１の割合で併用してなるエポキシ樹脂を使用すると
共に、フェノール樹脂として（ｃ）下記一般式（３）で
示される多官能型フェノール樹脂と（ｄ）下記一般式
（４）で示されるアラルキル型フェノール樹脂とを重量
比で（ｃ）／（ｄ）＝０．５〜４の割合で併用してなる
フェノール樹脂を併用した場合、優れた特性を有するエ
ポキシ樹脂組成物が得られることを見出した。

【０００７】即ち、従来のビフェニル型エポキシ樹脂を
主成分とするエポキシ樹脂組成物は成形性、内部ボイド
等の不良発生率の点で満足できるものではなかったが、
これに比べて本発明のエポキシ樹脂組成物は流動性が良
好で成形性に優れ、内部ボイド等の不良発生率が著しく
少ない上、ガラス転移温度が高い上にガラス転移温度以
上の領域で弾性率が低下して伸びが大きくなり、低応力
性に優れ、しかも接着性が良好でかつ低吸湿性の硬化物
を与えることを知見し、本発明をなすに至ったものであ
る。

【０００８】

【化３】

【０００９】

【化４】

【００１０】従って、本発明は、 （Ｉ）（ａ）上記一般式（１）で示されるナフタレン環
含有エポキシ樹脂と（ｂ）上記一般式（２）で示される
ビフェニル型エポキシ樹脂とを重量比で（ａ）／（ｂ）
＝０．１〜１の割合で併用してなるエポキシ樹脂、 （ＩＩ）（ｃ）上記一般式（３）で示される多官能型フ
ェノール樹脂と（ｄ）上記一般式（４）で示されるアラ
ルキル型フェノール樹脂とを重量比で（ｃ）／（ｄ）＝
０．５〜４の割合で併用してなるフェノール樹脂、 （ＩＩＩ）無機質充填剤を配合してなるエポキシ樹脂組
成物、及びこのエポキシ樹脂組成物の硬化物で封止され
た半導体装置を提供する。

【００１１】以下、本発明につき更に詳細に説明する
と、本発明のエポキシ樹脂組成物は、上述したようにナ
フタレン環含有エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹
脂、特定の構造を有する多官能型フェノール樹脂、アラ
ルキル型フェノール樹脂、無機質充填剤を配合してなる
ものである。

【００１２】ここで、第一必須成分のナフタレン環含有
エポキシ樹脂としては下記一般式（１）で示されるもの
を使用する。

【００１３】

【化５】

【００１４】このようなナフタレン環含有エポキシ樹脂
の具体例としては、下記の化合物を挙げることができ
る。。

【００１５】

【化６】

【００１６】

【化７】

【００１７】また、第二必須成分のビフェニル型エポキ
シ樹脂としては、下記一般式（２）で示されるものを使
用するもので、このビフェニル型エポキシ樹脂を上述し
たナフタレン環含有エポキシ樹脂と併用することによ
り、得られる硬化物の接着性を大幅に改善することがで
きる。

【００１８】

【化８】

【００１９】このようなビフェニル型エポキシ樹脂とし
て具体的には、下記化合物を挙げることができる。

【００２０】

【化９】

【００２１】なお、上記したビフェニル型エポキシ樹脂
の中でも特に上記式（５）の化合物が、組成物を低粘度
化し得、かつ組成物中の全塩素量を５００ｐｐｍ以下に
することが可能であるという点から好適に使用される。

【００２２】本発明では、エポキシ樹脂として上述した
式（１）のナフタレン環含有エポキシ樹脂（ａ）と式
（２）のビフェニル型エポキシ樹脂（ｂ）とを重量比で
（ａ）／（ｂ）＝０．１〜１、好ましくは０．２〜０．
８の割合で併用する。（ａ）／（ｂ）が０．１に満たな
いと粘度が低くなりすぎて内部ボイドが発生し過ぎる
上、ガラス転移温度も低くなってしまい、（ａ）／
（ｂ）が１を超えると接着性が発現しにくくなると共
に、エポキシ樹脂の溶融粘度が高くなりすぎて多ピンの
パッケージや薄型のパッケージを封止する場合、成形性
に問題が生じて封止後の信頼性が低下してしまう。

【００２３】本発明組成物には、上記エポキシ樹脂に加
えてその他のエポキシ樹脂を併用することができ、その
他のエポキシ樹脂として代表的には、１分子中にエポキ
シ基を少なくとも２個以上有するエポキシ樹脂、具体的
には、ビスフェノ−ルＡ型エポキシ樹脂、フェノ−ルノ
ボラック型エポキシ樹脂、トリフェノ−ルアルカン型エ
ポキシ樹脂及びその重合体、ジシクロペンタジエン型エ
ポキシ樹脂、フェノ−ルアラルキル型エポキシ樹脂、グ
リシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹
脂、複素環式エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等
が例示される。

【００２４】この場合、上記式（１）のナフタレン環含
有エポキシ樹脂及び式（２）のビフェニル型エポキシ樹
脂（ｂ）の配合割合は、組成物中のエポキシ樹脂全体の
５０％（重量％、以下同様）以上、特に７０〜８５％と
することが低吸水率、高接着力、高ガラス転移温度を維
持する点から好ましい。

【００２５】次に、本発明組成物には、上記エポキシ樹
脂の硬化剤として作用するフェノ−ル樹脂として、下記
一般式（３）で示される多官能型フェノール樹脂と
（ｄ）下記一般式（４）で示されるアラルキル型フェノ
ール樹脂とを併用して使用する。このように式（１）及
び（２）のエポキシ樹脂の硬化剤として式（３）及び
（４）のフェノール樹脂を併用することにより、１５０
℃以上のガラス転移温度を示すにもかかわらず、ガラス
転移温度以上の領域で顕著な低弾性化を図ることができ
る。

【００２６】

【化１０】

【００２７】ここで、上記式（３）の多官能型フェノー
ル樹脂として具体的には、下記化合物を例示することが
できる。

【００２８】

【化１１】

【００２９】なお、これらの多官能型フェノール樹脂の
中では特に上記式（６）の化合物が組成物を低粘度化
し、かつ安定した成形性、硬化性を付与できるという点
から好適に使用される。

【００３０】また、上記式（４）のアルケニル型フェノ
ール樹脂として具体的には、下記化合物を例示すること
ができる。

【００３１】

【化１２】

【００３２】本発明では、フェノール樹脂として上述し
た式（３）の多官能型フェノール樹脂（ｃ）と式（４）
のアルケニル型フェノール樹脂（ｄ）とを重量比で
（ｃ）／（ｄ）＝０．５〜４、好ましくは１〜３の割合
で併用する。（ｃ）／（ｄ）が０．５に満たないとガラ
ス転移温度が低くなりすぎ、（ｃ）／（ｄ）が４を超え
ると吸水率が増大し、また良好な接着力も得られなくな
る場合が生じる。

【００３３】また、フェノール樹脂として、上記フェノ
ール樹脂（ｃ），（ｄ）に加え、従来から公知のフェノ
ール樹脂、例えばノボラック型フェノ−ル樹脂、レゾ−
ル型フェノ−ル樹脂、トリフェノ−ルアルカン型樹脂、
ナフタレン環含有フェノ−ル樹脂、ジシクロペンタジエ
ン型フェノール樹脂等を添加することができる。なお、
これらの中でもナフタレン環含有フェノ−ル樹脂、ジシ
クロペンタジエン型フェノール樹脂が好適に使用され
る。

【００３４】なお、上記式（３）の多官能型フェノール
樹脂及び式（４）のアルケニル型フェノール樹脂の配合
割合は、組成物中のフェノール樹脂全体の１０％以上、
特に３０〜１００％となるようにすることが高ガラス転
移温度、高接着、低吸湿化を図る点で好ましい。

【００３５】本発明においては、エポキシ樹脂とフェノ
−ル樹脂とをエポキシ樹脂中のエポキシ基の量とフェノ
−ル樹脂中のフェノ−ル性水酸基の量との比が０．５〜
２、特に０．８〜１．５の範囲にあるように配合するこ
とが好ましく、配合比が上記範囲外になると未反応のエ
ポキシ樹脂もしくはフェノール樹脂が残り、十分な強度
が得られなかったり、耐湿性を低下させる場合がある。

【００３６】なお、本発明では上記フェノ−ル樹脂と共
にアミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤等のその他の硬化
剤を本発明の目的を妨げない範囲で併用することもでき
る。

【００３７】本発明において、無機質充填剤としては、
通常エポキシ樹脂組成物に配合されるものを使用するこ
とができる。具体的には、溶融シリカ、結晶性シリカ等
のシリカ類、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミ、ボロン
ナイトライド、酸化チタン、ガラス繊維等が挙げられ、
中でも溶融シリカが好適である。

【００３８】これら無機質充填剤の平均粒径や形状は特
に限定されないが、溶融シリカとしては、平均粒径が３
〜１５μｍであるものが好ましく、また高充填化やチッ
プ表面に対する応力を小さくするため球状のものが好ま
しく使用される。なお、無機質充填剤は樹脂とその表面
の結合強度を強くするため、予めシランカップリング剤
などで表面処理したものを使用することが好ましい。更
に微細シリカ（平均粒径０．５〜３μｍ）を少量添加す
ると樹脂強度を更に向上させることもできる。

【００３９】上記無機質充填剤は１種類を単独で使用し
ても２種類以上を併用してもよく、その配合量は特に制
限されないが、エポキシ樹脂及びフェノール樹脂の合計
量１００部に対して１００〜１０００部、特に２００〜
７００部の範囲とすることが好ましい。

【００４０】更に、本発明組成物には、硬化触媒を配合
することができる。硬化触媒としては、例えばイミダゾ
−ル化合物、三級アミン化合物、リン系化合物等が挙げ
られ、その配合量は特に制限されないが、エポキシ樹脂
及びフェノール樹脂の合計量１００部に対して０．１〜
２部、特に０．４〜１．５部とすることが好ましい。

【００４１】本発明の組成物には、更に必要に応じてそ
の他の各種添加剤を配合することができる。例えば熱可
塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、有機合成ゴム、シリ
コーン系等の低応力剤、カルナバワックス等のワックス
類、ステアリン酸等の脂肪酸及びその金属塩、カーボン
ブラック、コバルトブルー、ベンガラ等の顔料、酸化ア
ンチモン、ハロゲン化合物等の難燃化剤、グリシドキシ
プロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング
剤、アルキルチタネート類等の表面処理剤、老化防止
剤、ハロゲントラップ剤等の添加剤を配合することがで
きる。特に本発明組成物には、添加剤としてシリコーン
変性のエポキシ樹脂やフェノール樹脂を加えると低応力
化を図ることができ、また熱可塑性樹脂、例えばスチレ
ン−ブタジエン−メタクリル酸メチル共重合体等の添加
により高接着性、耐衝撃性を得ることができる。

【００４２】本発明のエポキシ樹脂組成物は、その製造
に際して上述した成分の所定量を均一に撹拌、混合し、
予め７０〜９５℃に加熱してあるニーダー、ロール、エ
クストルーダーなどにより混練、冷却し、粉砕するなど
の方法で得ることができる。ここで、成分の配合順序に
特に制限はない。

【００４３】このようにして得られる本発明のエポキシ
樹脂組成物はＳＯＰ、ＳＯＪ、ＴＳＯＰ、ＴＱＦＰなど
の半導体装置の封止用に有効に使用でき、この場合、成
形は従来より採用されている成形法、例えばトランスフ
ァー成形、インジェクション成形、注型法などを採用し
て行うことができる。なお、本発明のエポキシ樹脂組成
物の成形温度は１５０〜１８０℃で３０〜１８０秒、ポ
ストキュアーは１５０〜１８０℃で２〜１６時間行うこ
とが望ましい。

【００４４】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物は、流動性
が良好で成形性に優れ、また内部ボイド等の発生が少な
く、ガラス転移温度が高い上に伸びが大きく、しかも接
着性が良好でかつ低吸湿性の硬化物を与える。それ故、
本発明組成物でパワ−トランジスタ−、パワ−ＩＣ等の
フルモ−ルドパッケ−ジを封止しすると未充填などの不
具合がなく、熱放散性に優れた信頼性の高い半導体製品
を生産性良く製造することができる。

【００４５】

【実施例】以下、実施例及び比較例を示して本発明を具
体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるも
のではない。なお、各例中の部はいずれも重量部であ
る。

【００４６】また、各例については次の諸試験を行っ
た。 （イ）スパイラルフロー ＥＭＭＩ規格に準じた金型を使用して１７５℃、７０ｋ
ｇ／ｃｍ²の条件で測定した。 （ロ）曲げ強さ及び曲げ弾性率 ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準じて１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ
²、成形時間２分の条件で１０×４×１００ｍｍの曲げ
試験片を成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした
ものについて２１５℃で測定した。 （ハ）膨張係数、ガラス転移温度 直径４ｍｍ、長さ１５ｍｍの試験片を用いて、ＴＭＡ法
により毎分５℃の速さで昇温したときの値を測定した。 （ニ）吸湿後の耐半田クラック性 ８０ピンＱＦＰをエポキシ樹脂組成物で１７５℃、７０
ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件で成形し、１８０℃
で４時間ポストキュアーした。これを８５℃／８５％Ｒ
Ｈの雰囲気に１６８時間放置した後、ＩＲリフローを３
０秒間行いパッケージクラック数を測定した。 （ホ）吸水率 成形時間１７５℃、７０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の
条件で成形し、１８０℃で４時間ポストキュアーした直
径５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板を１２１℃／１００％Ｒ
Ｈの雰囲気に２４時間放置し、吸水率を測定した。 （ヘ）接着性 ４２アロイ板に直径５ｍｍの円筒成形品を１７５℃、７
０ｋｇ／ｃｍ²、成形時間２分の条件で成形し、１８０
℃で４時間ポストキュアーした後、成形物と４２アロイ
との接着力を測定した。

【００４７】〔実施例、比較例〕下記に示すエポキシ樹
脂及びフェノ−ル樹脂を表１に示す割合で使用し、硬化
触媒として１，８−ジアザビシクロ（５．４．０）ウン
デセン−７を０．６部、トリフェニルホスフィン０．５
部、下記に示す溶融シリカ（Ｉ）２５０部、溶融シリカ
（ＩＩ）２５０部、溶融シリカ（ＩＩＩ）５０部、三酸
化アンチモン８部、カ−ボンブラック１．５部、カルナ
バワックス１部及びγーグリシドキシプロピルトリメト
キシシラン３部を熱２本ロ−ルで均一に溶融混合し、冷
却、粉砕して９種のエポキシ樹脂組成物（実施例１〜
５、比較例１〜４）を得た。

【００４８】得られたエポキシ樹脂組成物について上記
諸試験を行った。結果を表１に示す。

【００４９】

【化１３】

【００５０】

【化１４】

【００５１】溶融シリカ （Ｉ）比表面積１．４ｍ²／ｇ，平均粒径１５μｍの球
状シリカ （ＩＩ）比表面積２．５ｍ²／ｇ，平均粒径１０μｍの
球状シリカ （ＩＩＩ）比表面積１０ｍ²／ｇ，平均粒径１．０μｍ
の球状シリカ

【００５２】

【表１】

【００５３】表１の結果より、エポキシ樹脂組成物（実
施例１〜５）は、流動性が良好であると共に内部ボイド
等の発生が少なく成形性に優れ、ガラス転移温度が高い
上に伸びが大きく、しかも接着性が良好でかつ低吸湿性
の硬化物を与えることが確認された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/29 Ｈ０１Ｌ 23/30 Ｒ 23/31 (72)発明者 青木 貴之 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社 シリコーン電 子材料技術研究所内 (72)発明者 富吉 和俊 群馬県碓氷郡松井田町大字人見１番地10 信越化学工業株式会社 シリコーン電 子材料技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−164917（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−173828（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−292029（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ｉ）（ａ）下記一般式（１）で示され
   るナフタレン環含有エポキシ樹脂と（ｂ）下記一般式
   （２）で示されるビフェニル型エポキシ樹脂とを重量比
   で（ａ）／（ｂ）＝０．１〜１の割合で併用してなるエ
   ポキシ樹脂、 【化１】 （ＩＩ）（ｃ）下記一般式（３）で示される多官能型フ
   ェノール樹脂と（ｄ）下記一般式（４）で示されるアラ
   ルキル型フェノール樹脂とを重量比で（ｃ）／（ｄ）＝
   ０．５〜４の割合で併用してなるフェノール樹脂、 【化２】 （ＩＩＩ）無機質充填剤を配合してなることを特徴とす
   るエポキシ樹脂組成物。
2. 【請求項２】請求項１記載のエポキシ樹脂組成物の硬化
   物で封止された半導体装置。